Síntese, processamento e caracterização de cerâmicas termoelétricas de titanato-zirconato de chumbo (pzt)

Abstract

A procura por fontes renováveis de energia, como a termoeletricidade, vem se intensificando nos últimos tempos devido ao aquecimento global. O PZT, em certas condições, pode apresentar características semicondutoras, assim como, apresenta uma grande diferença entre as massas do cátion Pb2+ e do ânion O2- em sua estrutura, que, por sua vez, influenciam nas características dos materiais termoelétricos. Neste trabalho, foram sintetizados por Reação em Estado Sólido (RES) o pó de PZT (chamado de “puro”) e pós de PZT dopados com íons de Mn2+, La3+, Fe3+ e Nb5+, cada íon nas concentrações de 1%, 4% e 7% em mol, que foram conformados na forma de pastilhas, e então, sinterizados em forno convencional (cS) e em forno de micro-ondas (µS), para assim avaliar o efeito da dopagem, da concentração de dopantes e do tipo de sinterização na eficiência termoelétrica das cerâmicas de PZT produzidas. Medidas de dilatometria foram feitas para determinar as temperaturas de sinterização para o PZT puro e para o PZT em cada uma das dopagens e concentrações. A Análise Térmica Diferencial (ATD) e Análise Térmica Gravimétrica (ATG) determinaram a melhor temperatura para calcinação dos pós obtidos por RES. Foram feitas caracterizações estruturais por Difratometria de RaiosX (DRX) nos pós sintetizados e microestruturais por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) auxiliada por Espectrometria de Raios-X por Dispersão de Energia (EDS) nas cerâmicas. Para todas as cerâmicas produzidas, foram feitas medidas da condutividade elétrica (σ), condutividade térmica (Κ), e coeficiente Seebeck (α), variando-se a temperatura da ambiente até um máximo de 600 oC, para calcular o Fator de Potência (FP) e, principalmente, para o cálculo da Figura de Mérito (ZT). O valor de ZT para as cerâmicas de PZT dopadas com os íons La3+ e Nb5+ foram menores, em todas as temperaturas e concentrações, quando comparados com o valor de ZT do PZT puro. O cálculo do valor de ZT para o PZT dopado com íon Fe3+, em todas as temperaturas e concentrações, foram maiores que o valor de ZT para o PZT puro. A cerâmica de PZT dopada com o íon Mn2+, seu valor de ZT resultou em um valor próximo do PZT puro, em todas as temperaturas e concentrações. O maior valor calculado de ZT foi da cerâmica de PZT dopada com 4% em mol do íon Fe3+, tendo um valor de 0,018 na temperatura de 600 oC. Observou-se que os tipos de sinterização não influenciaram nas propriedades termoelétricas das cerâmicas, tanto com relação ao PZT com os íons dopantes Mn2+, La3+, Fe3+ e Nb5+, quanto em relação às suas concentrações 1%, 4% e 7% em mol.